Một số đề thi chọn học sinh giỏi Việt Nam và Quốc tế môn Hóa học Lớp 12 THPT

Nội dung text: Một số đề thi chọn học sinh giỏi Việt Nam và Quốc tế môn Hóa học Lớp 12 THPT

1. MộT Số Đề THI CHọN HọC SINH GIỏI VIệT NAM Và QUốC Tế I. Đề thi chọn HSG Quốc gia: Năm học 2000 – 2001: Câu III : 1. Hoàn thành phương trình phản ứng a) , b) sau đây. Cho biết các cặp oxi hoá - khử liên quan đến phản ứng và so sánh các giá trị Eo của chúng. - - 2- 2+ 2+ a) Zn[Hg(SCN)4] + IO3 + Cl ICl + SO4 + HCN + Zn + Hg 2+ - - - - b) Cu(NH3)m + CN + OH Cu(CN)2 + CNO + H2O Câu IV : 2. a) Tính độ điện li của dung dịch CH3NH2 0,010M. b) Độ điện li thay đổi ra sao khi - Pha loãng dung dịch ra 50 lần. - Khi có mặt NaOH 0,0010M. - Khi có mặt CH3COOH 0,0010M. - Khi có mặt HCOONa 1,00M. + + 10,64 Biết: CH3NH2 + H CH3NH3 ; K = 10 - + -4,76 CH3COOH CH3COO + H ; K = 10 Năm học 2001 – 2002: Câu II: 1. Biết thế oxi hoá-khử tiêu chuẩn : EoCu2+/Cu+ = +0,16V, EoCu+/Cu = +0,52V, Eo Fe3+/Fe2+ = +0,77V, EoFe2+/Fe = -0,44V Hãy cho biết hiện tượng gì xảy ra trong các trường hợp sau: (a) Cho bột sắt vào dung dịch Fe2(SO4)3 0,5M. (b) Cho bột đồng vào dung dịch CuSO4 1M. 2. Dung dịch X gồm Na2S 0,010M, KI 0,060M, Na2SO4 0,050M. (a) Tính pH của dung dịch X. (b) Thêm dần Pb(NO3)2 vào dung dịch X cho đến nồng độ 0,090M thì thu được kết tủa A và dung dịch B. i Cho biết thành phần hoá học của kết tủa A và dung dịch B. ii Tính nồng độ các ion trong dung dịch B (không kể sự thuỷ phân của các ion, coi thể tích dung dịch không thay đổi khi thêm Pb(NO3)2). iii Nhận biết các chất có trong kết tủa A bằng phương pháp hoá học, viết các phương trình phản ứng (nếu có). (c) Axit hoá chậm dung dịch X đến pH = 0. Thêm FeCl3 cho đến nồng độ 0,10M. i Tính thế của cực platin nhúng trong dung dịch thu được so với cực calomen bão hoà - (Hg2Cl2/2Hg,2Cl ). ii Biểu diễn sơ đồ pin, viết phương trình phản ứng xảy ra tại các điện cực và phản ứng tổng quát khi pin hoạt động. - -26 Cho : axit có H2S pK1 = 7,00, pK2 = 12,90; HSO4 có pK = 2,00; Tích số tan của PbS = 10 ; -7,8 -7,6 PbSO4 = 10 ; PbI2 = 10 . o 3+ 2+ o o - E Fe /Fe = 0,77 V ; E S/H2S = 0,14V ; E I2/2I = 0,54V ; Ecal bão hoà = 0,244V Năm học 2002 – 2003: Câu II: -7 -13 2. Dung dịch bão hòa H2S có nồng độ 0,100 M. Hằng số axit của H2S: K1 = 1,0x10 và K2 = 1,3x10 . a) Tính nồng độ ion sunfua trong dung dịch H2S 0,100 M khi điều chỉnh pH = 2,0. b) Một dung dịch A chứa các cation Mn2+, Co2+, và Ag+ với nồng độ ban đầu của mỗi ion đều bằng 0,010 M. Hoà tan H2S vào A đến bão hoà và điều chỉnh pH = 2,0 thì ion nào tạo kết tủa. -10 – 21 -50 Cho: TMnS = 2,5 x 10 ; TCoS = 4,0 x 10 ; TAg2S = 6,3 x 10 Trang 1 / 8
2. Năm học 2003 – 2004: Câu III Dung dịch A gồm AgNO3 0,050 M và Pb(NO3)2 0,100 M. 1. Tính pH của dung dịch A. 2. Thêm 10,00 ml KI 0,250 M và HNO3 0,200 M vào 10,00 ml dung dịch A. Sau phản ứng người ta nhúng một điện cực Ag vào dung dịch B vừa thu được và ghép thành pin (có cầu muối tiếp xúc hai dung dịch) với một điện cực có Ag nhúng vào dung dịch X gồm AgNO3 0,010 M và KSCN 0,040 M. a) Viết sơ đồ pin . 0 b) Tính sức điện động Epin tại 25 C . c) Viết phương trình phản ứng xảy ra khi pin hoạt động. d) Tính hằng số cân bằng của phản ứng . + + –11,70 Cho biết : Ag + H2O AgOH + H (1) ; K1= 10 2+ + + –7,80 Pb + H2O PbOH + H (2) ; K2= 10 Chỉ số tích số tan pKs : AgI là 16,0 ; PbI2 là 7,86 ; AgSCN là 12,0 . 0 RT E = 0 ,799 V ; ln = 0,0592 lg Ag+/Ag F 3. Epin sẽ thay đổi ra sao nếu: a) thêm một lượng nhỏ NaOH vào dung dịch B ; b) thêm một lượng nhỏ Fe(NO3)3 vào dung dịch X? Năm học 2004 – 2005: Câu 4 : ở pH = 0 và ở 25oC thế điện cực tiêu chuẩn Eo của một số cặp oxi hoá - khử được cho như sau: 2IO4 / I2 (r) 1,31 V ; 2IO3 / I2 (r) 1,19 V ; 2HIO/ I2 (r) 1,45 V ; I2 (r)/ 2I 0,54 V. (r) chỉ chất ở trạng thái rắn. 1. Viết phương trình nửa phản ứng oxi hoá - khử của các cặp đã cho. o 2. Tính E của các cặp IO4 / IO3 và IO3 / HIO 3. Về phương diện nhiệt động học thì các dạng oxi hoá - khử nào là bền, các dạng nào là không bền? Tại sao? 4. Thêm 0,40 mol KI vào 1 lít dung dịch KMnO4 0,24 M ở pH = 0 a) Tính thành phần của hỗn hợp sau phản ứng. b) Tính thế của điện cực platin nhúng trong hỗn hợp thu được so với điện cực calomen bão hoà. o 5. Tính E của cặp IO3 / I2(H2O). I2(H2O) chỉ iốt tan trong nước. o 2+ Cho biết: E MnO 4 / Mn = 1,51 V ; E của điện cực calomen bão hoà bằng 0,244 V ; ở 25oC, ln RT = 0,0592 lg ; Độ tan của iốt trong nước bằng 5,0.10 4 M. F Trang 2 / 8
3. II. Đề thi chọn đội tuyển Việt Nam thi IChO: Năm học 2004 – 2005: Câu 3: -3 1. Tính pH của dung dịch A gồm KCN 0,120 M; NH3 0,150 M và KOH 5,00.10 M. 2. Tính thể tích dung dịch HCl 0,210 M cần cho vào 50,00 mL dung dịch A để pH của hỗn hợp thu được bằng 9,24. 3. Thêm 1,00 mL dung dịch HClO4 0,0100 M vào 100,00 mL dung dịch KCN 0,0100 M. Thêm 2 giọt chất chỉ thị bromothimol xanh (khoảng pH chuyển màu từ 6,0 - 7,6: pH 6,0 màu vàng; pH 7,6 màu xanh lục). Sau đó thêm tiếp 100,00 mL dung dịch Hg(ClO4)2 0,300 M. Có hiện tượng gì xảy ra? Giải thích. 4. Thêm 1 giọt (khoảng 0,03 mL) dung dịch nước H2S bão hoà vào hỗn hợp thu được trong mục 3. Có hiện tượng gì xảy ra? + Cho biết pKa của HCN là 9,35; của NH4 là 9,24; của H2S là 7,00 và 12,92; 2+ – + Hg + CN HgCN lg1 = 18,0 2+ – Hg + 2CN Hg(CN)2 lg2 = 34,70 Chỉ số tích số tan pKS của HgS là 51,8. Nồng độ H2S trong dung dịch bão hoà bằng 0,10 M. III. Đề thi IChO 36th IChO (Tại Đức – Năm 2004): Problem 5: Biochemistry with Thermodynamics 4 – Structure of ATP Shifting chemical equilibria with ATP: Animals use free energy from the oxidation of their food to maintain concentrations of ATP, ADP, and phosphate far from equilibrium. In red blood cells the following concentrations have been measured: 4- -1 c(ATP ) = 2.25 mmol L c(ADP3-) = 0.25 mmol L-1 2- -1 c(HPO4 ) = 1.65 mmol L Trang 3 / 8
4. Free energy stored in ATP can be released according to the following reaction: 4- 3- 2- + -1 ATP + H2O ADP + HPO4 + H ∆G°’= -30.5 kJ mol (1) As the pH is close to 7 in most living cells, biochemists use ∆G°’ instead of ∆G°. The standard state of ∆G°’ is defined as having a constant pH of 7. In equations with ∆G°’ and K’ + for reactions at pH=7 the concentration of H is therefore omitted. Standard concentration is 1 -1 mol L . 5.1 Calculate the actual ∆G’ of reaction (1) in the red blood cell at 25°C and pH = 7. In living cells many so-called “anabolic” reactions take place, which are at first sight thermodynamically unfavourable because of a positive ∆G. The phosphorylation of glucose is an example: 2- 2- -1 glucose + HPO4 glucose 6-phosphate + H2O ∆G°’= +13.8 kJ mol (2) 5.2 Calculate first the equilibrium constant K' of reaction (2) and then the ratio c(glucose 6-phosphate) / c(glucose) in the red blood cell in chemical equilibrium at 25°C and pH = 7. To shift the equilibrium to a higher concentration of glucose 6-phosphate, reaction (2) is coupled with hydrolysis of ATP: hexokinase 4- 2- 3- + glucose + ATP glucose 6-phosphate + ADP + H (3) 5.3 Calculate ∆G°’ and K’ of reaction (3). What is now the ratio c(glucose 6-phosphate) / c(glucose) in the red blood cell in chemical equilibrium at 25°C and pH = 7? ATP synthesis: An adult person ingests about 8000 kJ of energy (∆G’) per day with the food. 5.4 a) What will be the mass of ATP that is produced per day if half of this energy is -1 used for ATP synthesis? Assume a ∆G’ of -52 kJ mol for reaction (1), and a -1 molecular weight of 503 g mol for ATP. b) What mass of ATP does the human body contain on average if the mean lifetime of an ATP molecule until its hydrolysis is 1 min? c) What happens to the rest of the free energy, which is not used for ATP synthesis? Mark on the answer sheet. In animals the energy obtained by the oxidation of food is used to pump protons out of specialized membrane vesicles, the mitochondria. ATP-synthase, an enzyme, will allow protons to re-enter the mitochondria if ATP is simultaneously synthesized from ADP and phosphate. + 5.5 a) How many protons (H ) are in a spherical mitochondrium with a diameter of 1 àm at pH = 7? b) How many protons have to enter into each of the 1000 mitochondria of a liver cell via the ATP-synthase to allow the production of a mass of 0.2 fg of ATP per cell? Assume that 3 protons have to enter for the synthesis of 1 molecule of ATP. Trang 4 / 8
5. Problem 8: Colloids (Extraction) The combination of an inorganic and an organic component on a nanometer scale yields materials with excellent properties. Thus the synthesis of hybrid nanoparticles is of interest. (T = 298.15 K throughout whole problem) -1 Solution A is an aqueous solution of CaCl2 with a concentration of 1.780 g L . -1 Solution B is an aqueous solution of Na2CO3 with a concentration of 1.700 g L . - pKa1(H2CO3) = 6.37 pKa2(HCO3 ) = 10.33 8.1 Calculate the pH of solution B using reasonable assumptions. 100 mL of solution A and 100 mL of solution B are mixed to form solution C. Solution C is adjusted to pH 10. A precipitate forms. -6 3 -3 -9 2 -2 Ksp(Ca(OH)2) = 6.46ã10 mol L Ksp(CaCO3) = 3.31ã10 mol L 8.2 Show by calculation for each of the compounds Ca(OH)2 and CaCO3 whether it can be found in the precipitate or not. 37th IChO (Tại Đài Loan – Năm 2005): Problem 4: Gold Capital of Asia A Chiufen, the old mining town located within the hills in the northeast Taiwan, is a place where you can really experience Taiwan's historical legacy. It was the site of one of the largest gold mines In Asia. Accordingly, Chiufen is often referred to as the Gold Capital of Asia. The compound KCN is traditionally used to extract gold from ore. Gold dissolves in cyanide (CN-) - solutions in the presence of air to form Au(CN)2 , which is stable in aqueous solution. 4 Au(s) + 8 CN (aq) + O2(g) + 2 H2O(l) 4 Au(CN)2 (aq) + 4 OH (aq) 4A-1 Draw a structure for Au(CN)2¯ showing the spatial arrangements of the atoms. 4A-2 How many grams of KCN are needed to extract 20 g of gold from ore? Show your work. Aqua regia, a 3:1 mixture (by volume) of concentrated hydrochloric acid and nitric acid, was developed by the alchemists as a means to “dissolve” gold. The process is actually a redox reaction with the following simplified chemical equation: Au(s) + NO3 (aq) + Cl (aq) AuCl4 (aq) + NO2(g) 4A-3 Write down the half reactions, and use them to obtain a balanced redox reaction for this process. 4A-4 What are the oxidizing and reducing agents for 4A-3 process? Gold is too noble to react with nitric acid. However, gold does react with aqua regia because the complex ion AuCl forms. Consider the following half-reactions: Au3+(aq) + 3 e Au(s) E = +1.50 V AuCl4 (aq) + 3 e Au(s) + 4 Cl (aq) E = +1.00 V An electrochemical cell can be formed from these two redox couples. Trang 5 / 8
6. 4A-5 Calculate the formation constant for AuCl at 25C: 3+ 4 K = [AuCl ] / [Au ] [Cl ] 4A-6 The function of HCl is to provide Cl¯. What is the purpose of the Cl¯ for the above reaction. Select your answer from the following choices. (a) Cl¯ is an oxidizing agent (b) Cl¯ is a reducing agent (c) Cl¯ is a complexing agent (d) Cl¯ is a catalyst B Gold Nanoparticles The synthesis and characterization of gold nanoparticles is currently an active research area. The Brust- Schiffrin method for the synthesis of gold nanoparticle (AuNP) allows the facile preparation of thermally stable and air-stable AuNPs of reduced polydispersity with a controlled size distribution ranging in diameter between 1.5 and 5.2 nm. The preparative procedure is briefly described as follows. An aqueous solution of HAuCl4 is mixed with a toluene solution of tetra-n-octylammonium bromide. The solution is mixed with dodecanethiol and is treated with an excess of NaBH4. Formation of the AuNPs is evidenced by the immediate, pronounced darkening of the toluene phase. After ca. 24 h, the toluene solvent is removed with a rotary evaporator and the resulting solid washed on a frit with ethanol and hexane to remove excess thiol. These AuNPs can be repeatedly isolated and re-dissolved in common organic solvents without irreversible aggregation or decomposition. 4B-1 Is the methodology for this fabrication referred to a top-down or a bottom-up approach? Select your answer from the following choices. (a) top-down approach, which entails reducing the size of the smallest structures to the nanoscale (b) bottom-up approach, which involves manipulating individual atoms and molecules into nanostructures 4B-2 The trimethyl-n-octylammonium bromide can also be used as a phase-transfer reagent. It can carry AuCl4¯ from an aqueous phase to an organic phase. Which property does trimethyl-n-octylammonium bromide possess to function as an efficient phase-transfer reagent? Select your answer from the following choices. (a) one side of the molecule is electropositive, the other side is electronegative. (b) one side of the molecule is hydrophilic, the other side is hydrophobic. (c) one side of the molecule is acidic, the other side is basic. 4B-3 What is the function of NaBH4 in this preparation? Select your answer from the following choices. (a) reducing agent (b) oxidizing agent (c) neutralization agent (d) complexing agent 4B-4 If the average diameter of a gold nanoparticle is 3 nm, what is the estimated number of Au atoms in each nanoparticle? (the atomic radius of Au is 0.144 nm). Select your answer from the following choices and show your work. (a) 102 (b) 103 (c) 104 (d) 105 Trang 6 / 8
7. 4B-5 What is the estimated percentage of Au atoms on the surface of a nanoparticle? Select your answer from the following choices and show your work. (a) 20-30% (b) 40-50% (c) 60-70% (d) 80-90% Problem 6: Alkalinity of Water and Solubility of CO2 The capacity of water to accept H+ ions is called alkalinity. Alkalinity is important in water treatment and in the chemistry and biology of natural waters. Generally, the basic species responsible for - 2- - + alkalinity in water are HCO3 , CO3 , and OH . At pH values below 7, H in water detracts significantly from alkalinity. Therefore, the complete equation for alkalinity in a medium where - 2- - HCO3 , CO3 , and OH are the only contributors to alkalinity can be expressed as - 2- - + alkalinity = [HCO3 ] + 2[CO3 ] + [OH ] – [H ] The contributions made by different species to alkalinity depend upon pH. Relevant chemical equations and equilibrium constants (at 298 K) are shown below: -2 CO2(g) ⇄ CO2(aq) KCO2 = 3.44x10 -3 CO2(aq) + H2O ⇄ H2CO3 KH2CO3 = 2.00x10 - + -4 H2CO3 ⇄ HCO3 + H Ka1 = 2.23x10 - 2- + -11 HCO3 ⇄ CO3 + H Ka2 = 4.69x10 2+ 2- -9 CaCO3(s) ⇄ Ca + CO3 K sp = 4.50x10 + - -14 H2O ⇄ H + OH Kw = 1.00x10 Note: Calculations must be shown. 6-1 Natural waters (river or lake water) generally contain dissolved CO2. The ratio of [H2CO3 ] : - 2- + -7 [HCO3 ] : [CO3 ] in a water at [H ] = 1.00 ì 10 M will be: (a) : 1.00 : (b) . Calculate (a) and (b). 6-2 Gaseous CO2 in the atmosphere can be regarded as a contributor to the alkalinity of water in equilibrium with air. Calculate the concentration of CO2 (aq) (mol/L) in pure water that is in equilibrium with the unpolluted air at 1.01 x 105 Pa and 298 K containing 0.0360% (molar 5 ratio) CO2. (assuming standard pressure = 1.01 x 10 Pa) -5 If you are unable to solve this problem, assume that concentration of CO2 (aq) = 1.11x10 M for further calculations. - 2- The solubility (S) of CO 2 in water can be defined as S = [CO2(aq)] + [H2CO3] + [HCO3 ] + [CO3 ]. The solubility of atmospheric CO2 in water that is in equilibrium with the unpolluted air at 298 K and 1.01 x 105 Pa will vary with alkalinity. 6-3 Find the solubility of atmospheric CO2 in pure water (mol/L). Neglect dissociation of water. -3 6-4 Find the solubility of atmospheric CO2 in water (mol/L) initially containing 1.00x10 mol/L NaOH. Trang 7 / 8
8. 5 At 298 K, 1.01 x 10 Pa unpolluted air is in equilibrium with natural water saturated with CaCO3. The following main equilibrium may exist: 2+ - CaCO3(s) + CO2 (aq) + H2O ⇄ Ca + 2HCO3 6-5 Calculate the equilibrium constant for the above equation. -5 If you are unable to solve this problem, assume that equilibrium constant Keq = 5.00x10 for further calculations. 2+ 6-6 Calculate the concentration of Ca (mg/L) in CaCO3-saturated natural water that is in equilibrium with atmospheric CO2. 2+ If you are unable to solve this problem, assume that concentration of Ca (aq) = 40.1 mg/L for further calculations. 6-7 Find the alkalinity (mol/L) of the above solution. 6-8 In an underground lake saturated with CaCO3, the water has a high content of CO2. The concentration of Ca2+ in this lake was found to be as high as 100 mg/L. Assume the lake and the air above is a closed system, calculate the effective pressure of CO2 (Pa) in air which is in equilibrium with this Ca2+ content. Trang 8 / 8